建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的概念設(shè)計及結(jié)構(gòu)措施

張立春

（中土大地國際建筑設(shè)計有限公司，河北 石家莊 050021）

1 建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計的要點分析

概念設(shè)計指的是在正式采用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案之前，分析設(shè)計方案的合理性，并對實際施工過程中可能出現(xiàn)的問題進行預判和分析，并通過優(yōu)化設(shè)計方案的措施來減少問題的影響或發(fā)生的概率。結(jié)構(gòu)概念設(shè)計一般指不經(jīng)數(shù)值計算，尤其在一些難以作出精確力學分析或在規(guī)范中難以規(guī)定的問題中，從整體的角度來確定建筑結(jié)構(gòu)的總體布置和抗震細部措施的宏觀控制。由此可見，概念設(shè)計是在建筑工程項目整體基礎(chǔ)上而建立的，其體現(xiàn)出了設(shè)計人員對于結(jié)構(gòu)設(shè)計的理解程度，從而起到優(yōu)化設(shè)計、減少問題發(fā)生概率的效果。而在進行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，概念設(shè)計理念可以幫助設(shè)計人員充分在設(shè)計成果當中體現(xiàn)其設(shè)計追求和思想，其可以在虛擬的環(huán)境下幫助設(shè)計人員分析設(shè)計方法的合理與否。而從概念設(shè)計的角度來看，設(shè)計人員的概念設(shè)計水平不僅可以具體體現(xiàn)在最終的設(shè)計成果上，更能隱性的表達出設(shè)計者對于設(shè)計工作的認識及領(lǐng)悟，體現(xiàn)了設(shè)計者的思想意識形態(tài)。

國內(nèi)外歷次大地震和風災的經(jīng)驗教訓使人們越來越認識到建筑設(shè)計階段中概念設(shè)計的重要性。尤其是結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計對結(jié)構(gòu)的抗震性能將起決定性的作用。高層建筑設(shè)計尤其是在高層建筑抗震設(shè)計中，應當非常重視概念設(shè)計。這是因為高層建筑結(jié)構(gòu)的復雜性，發(fā)生地震時震動的不確定性，人們對地震時結(jié)構(gòu)響應認識的局限性與模糊性。

設(shè)計中不能陷入只憑計算的誤區(qū)。若結(jié)構(gòu)嚴重不規(guī)則，整體性差，則僅按結(jié)構(gòu)設(shè)計計算水平，難以保證結(jié)構(gòu)的抗震，抗風性能，尤其是抗震性能。所以概念設(shè)計在結(jié)構(gòu)設(shè)計中尤為重要。概念設(shè)計實際上是通過無數(shù)的事故分析，歷年來國內(nèi)外震害分析，模型試驗的定量定性分析以及長期以來國內(nèi)外的設(shè)計與使用經(jīng)驗分析，歸納，總結(jié)出來的。而這些原則，規(guī)定與方法往往是基礎(chǔ)性，整體性，全局性和關(guān)鍵性的。

2 結(jié)構(gòu)措施分析

從某種意義來看，結(jié)構(gòu)措施的應用取決于概念設(shè)計理念的體現(xiàn)，這也意味著概念設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中起到了不可替代的作用價值。但是，概念設(shè)計的應用需要將多項因素有機結(jié)合在一起，并通過合理的結(jié)構(gòu)措施優(yōu)化概念設(shè)計，完善建筑結(jié)構(gòu)的受力體系，避免出現(xiàn)結(jié)構(gòu)變形的現(xiàn)象。

2.1 合理選取結(jié)構(gòu)體系

結(jié)構(gòu)體系是建筑工程項目的關(guān)鍵因素，而通過概念設(shè)計的方式對結(jié)構(gòu)體系進行完善的關(guān)鍵在于如何提升各項要素的契合度，既要確保各項要素有機結(jié)合，又要發(fā)揮出一加一大于二的效果。在構(gòu)建結(jié)構(gòu)體系的過程中，需要充分尊重基本的物理學原理，且通過合理的結(jié)構(gòu)措施手段應用來提高各個關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部位的牢固性和使用壽命。同時，設(shè)計人員需要關(guān)注外部因素對建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量及壽命的影響。

2.2 優(yōu)化平面及豎向布置

平面布置力求簡單，規(guī)則，對稱，避免應力集中的凹角和狹長的縮頸部位；避免在凹角和端部設(shè)置樓電梯間；避免樓電梯間偏置，以免產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)的影響。豎向布置盡量避免外挑，內(nèi)收也不宜過多，過急，力求剛度均勻漸變，避免產(chǎn)生變形集中。

2.3 承載力、剛度均勻，避免突變

結(jié)構(gòu)承載力，變形能力和剛度要均勻連續(xù)分布，適應結(jié)構(gòu)的地震反應要求。某一部位過強，過剛也會使其他樓層形成相對薄弱環(huán)節(jié)而導致破壞。頂層，中間層取消部分墻柱形成大空間層后，要調(diào)整剛度并采取構(gòu)造加強措施。底層部分剪力墻變?yōu)榭蛑е蛉∠糠种雍螅壬蠈觿偠认魅醺鼮椴焕瑧獙ｉT考慮抗震措施。

2.4 多道防線

在設(shè)計上和構(gòu)造上實現(xiàn)多道設(shè)防。如框架結(jié)構(gòu)采用強柱弱梁設(shè)計，梁屈服后柱應能保持穩(wěn)定；框架一剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計成連梁首先屈服，然后是墻肢，框架作為第三道防線；剪力墻結(jié)構(gòu)通過構(gòu)造措施保證連梁先屈服，并通過空間整體性形成高次超靜定等。

2.5 強剪弱彎、強節(jié)點弱構(gòu)件

構(gòu)件設(shè)計應采取有效措施防止脆性破壞，保證構(gòu)件有足夠的。脆性破壞指剪切，錨固和壓碎等突然而無事先警告的破壞形式。設(shè)計是應保證抗剪承載力大于抗彎承載力，按“強剪弱彎”的方針進行配筋。為提高構(gòu)件的抗剪和抗壓能力，加強約束箍筋是有效措施

2.6 重視建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的本質(zhì)

盡管概念設(shè)計對于建筑物的優(yōu)化效果較為明顯，尤其是在提高建筑外觀的美觀性方面，但建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的本質(zhì)依然為保證建筑物穩(wěn)定性為基礎(chǔ)，若建筑物的穩(wěn)定性不足，則不僅會面臨較大的安全隱患，更會降低建筑自身的實用價值。因此，設(shè)計人員需要應用具有穩(wěn)定性特征的結(jié)構(gòu)措施，并通過由點及面的方式，來促使建筑整體的承載力提升。

3 結(jié)語

概念設(shè)計的思想被越來越多的結(jié)構(gòu)工程師所接受，并將在結(jié)構(gòu)設(shè)計中發(fā)揮越來越大的作用。由于計算機設(shè)計過程的屏蔽，手算過程訓練程度的削弱，造成結(jié)構(gòu)設(shè)計人員產(chǎn)生一定依賴性，結(jié)果綜合運用能力下降，整體結(jié)構(gòu)體系概念模糊。這些對于培養(yǎng)具有創(chuàng)造力的工程師是相當不利的。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和人們生活水平的提高，對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計也提出了更高的要求。打破建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的墨守成規(guī)，充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)工程師的創(chuàng)新能力，是相當必要的。推廣概念設(shè)計思想是一種有效的辦法。